Acht Achsen für filigrane Teile

Das in der Medizintechnik benötigte Produktportfolio ist nahezu unerschöpflich und geht längst über bekannte Produkte, wie zum Beispiel Stents, hinaus. Hersteller müssen sich entsprechend am Markt positionieren, müssen höchste Qualität produzieren und sind demnach auf flexible und effiziente Fertiglösungen angewiesen. Parallel zu der laufenden Produktion gilt es auch das ständige Verlangen nach Innovationen zu berücksichtigen.

Eine All-in-One Lösung – auch hinsichtlich der nicht unwesentlichen Investitionskosten – das Bearbeiten in großer oder kleiner Serie und damit individualisierte und modulare Maschinen ermöglichen. In der Vergangenheit führte dies zur Entwicklung von Sondermaschinen. Diese erfüllten zwar die gestellten Aufgaben, waren aber wenig flexibel. Das gewünschte Produkt musste daher oft auf gleich mehreren Maschinen hintereinander bearbeitet werden, was zur Folge hatte, dass Rüst- und Einrichtzeiten stiegen, die sensiblen Produkte während des manuellen Handlings häufiger beschädigt wurden und die Fehleranfälligkeit insgesamt drastisch anstieg. Häufig konnten nur speziell geschulte Mitarbeiter die Maschinen bedienen, was die Stückkosten zusätzlich in die Höhe schießen ließ. Mehrere Maschinen wiederum benötigen mehr Platz, Energie und Personal und weisen hohe Investitionskosten aus. Die auf dei geplanten Prozesse optimierten Maschinen der Swisstec Micromachining AG, Herisau, reduzieren diese Faktoren maßgeblich.

Diverse Bearbeitungsschritte, so zum Beispiel Drehen und Schleifen in einer Aufspannung, sind in der mechanischen Bearbeitung längst Standard. Anders stellt sich dies im Bereich der Laser-Mikrobearbeitung dar. Dennoch führt zukünftig an der Multi-Achs-Laser-Mikrobearbeitung kein Weg vorbei.

Der Schweizer Hersteller Swisstec hat die Kundenbedürfnisse erkannt, analysiert und führt nach eigenen Angaben den Trend hin zur Multi-Achs-Laser-Mikrobearbeitung an. Das Unternehmen bietet kompakte Anlagen, die modular konzipiert sind und auch für zukünftige Anforderungen ein hohes Maß an Flexibilität ermöglichen. Jetzt schon ist die individuelle Auswahl der Strahlenquelle wie CW Faserlaser („continuous wave“) und UKP Femtosekundenlaser („Ultrakurzpuls“) möglich, und diese in verschiedenen Wellenlängen im grünen und IR-Bereich („infrarot). Das Gleiche gilt für diverse Bearbeitungsmöglichkeiten wie Laserschneiden, -bohren, -schweißen und -abtragen. Das Zusammenführen von Laserprozessen und mechanischen Bearbeitungsschritten erfolgt in nur einer Anlage.

In der Praxis wird dies am Beispiel einer Kundenapplikation deutlich. Dabei handelt es sich um ein Produkt aus der Medizintechnik, im Durchmesser von 0,27 bis 0,8 mm. Dieses erfordert, neben der Laserbearbeitung, auch das mechanische Schleifen und Umformen (Konifizieren).

Das Konzept des Schweizer Maschinenbauspezialisten sieht hierfür standardmäßig die X-Achse (dynamischer Vorschub des Stangenmaterials) und die A-Achse (Rundachse) vor. Zusätzlich aber verfügt die Anlage über eine Achse für den Querversatz des Schneidlasers (Y) und für die Radiuskompensation (Z). Die Feinbearbeitung wird von einer weiteren Achse übernommen. Hierfür kommt eine SC-Schleifspindel zum Einsatz, welche das Produkt mit einer Drehzahl bis 30 000 min-1 bearbeitet. Die integrierte Schwenkachse erlaubt eine individuelle Winkelstellung, während eine weitere Achse für das axiale und radiale Zustellen der Schleifspindel sorgt. Somit können vielfältige Rohrgeometrien einer Schleifbearbeitung unterzogen werden. Darüber hinaus entfallen Handlingszeiten, mögliche Umspannfehler werden vermieden, die Bearbeitung erfolgt wesentlich schneller, und die Qualität bleibt konstant hoch.

Bei dem Konifiziervorgang wird die Spitzengeometrie erstellt. Hierbei wird ein motorisch angetriebenes Konifizierwerkzeug eingesetzt, um die Spitze oder Mantelfläche des Rohres in der Form zu verändern, dass dadurch die ursprüngliche Dicke des Werkstücks / der Wandstärke nicht abgetragen wird. Der Laserschweißpunkt sorgt für die Dichtheit und Rundheit der Spitze.

Nachdem die komplette Spitzengeometrie mit einem diamantenbeschichteten Werkzeug überschliffen wurde, schließt der Schneidelaser die Bearbeitung ab. Im gesamten Bearbeitungsprozess variieren die Zykluszeiten, je nach Aufwand, zwischen 10 bis 50 s. Ein immer wieder überarbeitetes Konzept sowie eine kontinuierliche Entwicklungsarbeit ermöglichen es, die Arbeitsschritte weiter zu optimieren und zu rationalisieren, ohne dabei auf Prozesssicherheit, Präzision oder Qualität zu verzichten.

Die Ergebnisse und geringen Stückkosten sprechen für sich. Darüber hinaus überzeugen auch die geringen Abmaße, vor allem in der Praxis, denn Raum ist nicht immer genügend vorhanden und wenn ja, kostet dieser Geld. Die Anlage mit bis zu acht Achsen integriert in der modularen Bauweise sowohl die Strahlenquelle (fs-Laser zum Schneiden, Faserlaser zum Schweißen) als auch das Achsen-Steuerungsmodul „Powerbox“ mit 19 4/6 He und 24/7 Bearbeitung.

Eduard Fassbind Swisstec Micromachining, Herisau